Penerapan Teknologi UAV dalam Operasi Kontrol Berurutan di Substasi

Dengan kemajuan teknologi jaringan pintar, kontrol berurutan (pengendalian beralih otomatis berbasis SCADA) di substation telah menjadi teknik inti untuk memastikan operasi sistem tenaga listrik yang stabil. Meskipun teknologi kontrol berurutan yang ada telah diterapkan secara luas, tantangan terkait stabilitas sistem dalam kondisi operasi yang kompleks dan interoperabilitas peralatan tetap signifikan. Teknologi Kendaraan Udara Tanpa Awak (UAV)—yang ditandai dengan kecepatan, mobilitas, dan kemampuan inspeksi tanpa kontak—menawarkan solusi inovatif untuk mengoptimalkan operasi kontrol berurutan.

Dengan mengintegrasikan fungsi berbasis UAV seperti patroli udara dan pemantauan kondisi real-time ke dalam sistem kontrol berurutan tradisional, keterbatasan operasi manual dapat diatasi secara efektif, memungkinkan persepsi tepat dan real-time dari status peralatan dan meningkatkan signifikan keandalan serta tingkat kecerdasan kontrol berurutan. Penelitian tentang aplikasi UAV dalam kontrol berurutan substation memiliki makna praktis yang substansial untuk mendorong pengembangan jaringan pintar.

1.Gambaran Umum Operasi Kontrol Berurutan di Substation
1.1 Definisi
Kontrol berurutan di substation merujuk pada eksekusi otomatis, langkah demi langkah, dari serangkaian operasi peralatan listrik menurut prosedur dan aturan logika yang telah ditentukan melalui sistem kontrol otomatis. Sebagai contoh, dalam operasi transfer bus (pengalihan): secara tradisional, operator harus mengoperasikan pemutus sirkuit, isolator, dan perangkat lainnya satu per satu. Dalam hal ini, dengan kontrol berurutan, operator hanya perlu memberikan perintah komprehensif tunggal dari stasiun pemantauan; sistem kemudian secara otomatis dan akurat mengeksekusi seluruh urutan—seperti memutus pemutus sirkuit garis diikuti dengan membuka isolator yang terkait—mengurangi signifikan alur kerja operasional.

1.2 Prinsip Teknis
Kontrol berurutan substation bergantung pada sistem otomasi terintegrasi yang terdiri dari komponen utama termasuk host supervisi, unit pengukuran dan kontrol, dan terminal cerdas. Host supervisi berfungsi sebagai antarmuka manusia-mesin, menerima perintah operator dan mengubahnya menjadi sinyal kontrol yang dapat dieksekusi. Unit pengukuran dan kontrol secara terus-menerus mengumpulkan data operasional real-time—seperti arus, tegangan, dan posisi peralatan—memberikan kesadaran situasional bagi operator dan input kritis untuk keputusan logika berurutan. Terminal cerdas berinteraksi langsung dengan peralatan primer untuk melakukan operasi beralih dan berkomunikasi dengan unit pengukuran/kontrol dan perangkat lainnya melalui serat optik atau kabel, memastikan transmisi data cepat dan akurat untuk mendukung eksekusi kontrol berurutan yang aman dan efisien.

1.3 Keuntungan
1.3.1 Efisiensi Operasional yang Ditingkatkan
Dalam operasi substation konvensional, prosedur beralih menderita ketidakefisienan yang signifikan. Misalnya, selama operasi transfer bus 220 kV, personel harus berulang kali bergerak antar bay untuk memverifikasi ID peralatan, mengonfirmasi status, dan mengoperasikan pemutus sirkuit dan isolator secara manual. Karena keterbatasan manusia, operasi lengkap biasanya membutuhkan waktu 2–3 jam, menghabiskan banyak tenaga kerja dan membawa risiko kesalahan inheren yang mempengaruhi efisiensi jaringan.

Dengan evolusi teknologi jaringan pintar, sistem kontrol berurutan menawarkan pendekatan transformasional. Setelah menerima perintah dari backend pemantauan, sistem secara otomatis mengeksekusi seluruh urutan—termasuk verifikasi status perangkat, validasi tiket operasi, dan perintah beralih—dengan kecepatan milidetik berdasarkan logika yang telah diprogram. Data lapangan menunjukkan bahwa penggunaan kontrol berurutan mengurangi waktu transfer bus 220 kV menjadi kurang dari 20 menit—peningkatan lebih dari 80% dibandingkan metode tradisional. Terobosan ini meningkatkan fleksibilitas operasional jaringan, memungkinkan rekonfigurasi cepat selama fluktuasi beban dan mengurangi signifikan durasi gangguan selama kegagalan, sehingga meningkatkan keandalan dan kualitas pasokan tenaga listrik secara keseluruhan.

1.3.2 Keamanan Operasional yang Ditingkatkan
Operasi substation manual rentan terhadap berbagai faktor manusia yang tidak terduga yang menimbulkan risiko keamanan tersembunyi. Kewaspadaan operator sangat krusial; kelelahan dari shift malam, misalnya, dapat menyebabkan salah membaca label atau mengeksekusi langkah-langkah tidak sesuai urutan. Selain itu, tingkat keterampilan bervariasi antar personel—pegawai baru jauh kurang familiar dengan prosedur kompleks dibandingkan staf berpengalaman—meningkatkan kemungkinan kesalahan. Statistik yang tidak lengkap menunjukkan bahwa ratusan kegagalan peralatan substation dan insiden jaringan setiap tahun berasal dari kesalahan manusia.

Kontrol berurutan mendirikan penghalang keamanan yang kuat. Sebelum eksekusi, validasi logika bawaan secara teliti memeriksa setiap langkah terhadap aturan keamanan dan interlock listrik yang telah ditentukan. Hanya ketika semua kondisi terpenuhi, sistem akan melanjutkan. Misalnya, selama energisasi garis, sistem secara otomatis memverifikasi status pemutus sirkuit dan isolator; jika ada anomali terdeteksi, operasi segera berhenti dan memicu alarm. Ini mencegah kesalahan serius seperti membuka isolator saat beban atau menutup switch grounding saat terenergikan, mengurangi secara fundamental risiko kerusakan peralatan dan insiden jaringan, dan memastikan operasi substation yang lebih aman dan stabil.

1.4 Status Aplikasi Saat Ini
Sementara China terus mendorong inisiatif jaringan pintarnya, kontrol berurutan telah menjadi penopang operasi substation modern. Dalam substation baru, prinsip desain cerdas kini menjadi standar, dengan kontrol berurutan diintegrasikan sebagai modul fungsional inti. Sebagai contoh, di Tiongkok Timur, tingkat adopsi kontrol berurutan di substation baru selama lima tahun terakhir mencapai 95%. Di kota-kota maju secara ekonomi seperti Shenzhen dan Shanghai, cakupannya melebihi 80% untuk substation 220 kV dan lebih tinggi, secara signifikan meningkatkan efisiensi dan keamanan jaringan regional.

Sementara itu, peningkatan substation lama dengan kemampuan cerdas juga berlangsung dengan mantap. Di Tiongkok Utara, sebuah substation 110 kV berusia 20 tahun berhasil ditingkatkan dengan fungsionalitas kontrol berurutan melalui penggantian unit I/O cerdas dan modernisasi sistem supervisi, meningkatkan signifikan efisiensi dan keandalan operasional.

Namun, seiring dengan peningkatan kontrol berurutan, hambatan teknis dalam skenario yang kompleks semakin terlihat. Dalam cuaca ekstrem, gangguan pada beberapa garis, atau perubahan beban yang tiba-tiba, sistem harus memproses data real-time dalam jumlah besar dan mengeksekusi logika yang rumit, yang dapat menyebabkan penundaan respons, stagnasi logika, atau bahkan tindakan yang salah. Selain itu, masalah interoperabilitas antara peralatan dari vendor yang berbeda—akibat inkonsistensi dalam protokol komunikasi, format data, dan standar antarmuka—sering kali menyebabkan transmisi data yang abnormal atau penundaan respons perintah, mengurangi kelancaran dan akurasi operasi berurutan.

Untuk mengatasi tantangan ini, industri listrik sedang mengejar solusi dua jalur: inovasi teknologi dan standarisasi. Dari sisi teknis, algoritma sedang dioptimalkan untuk meningkatkan pemrosesan data dan pengambilan keputusan dalam kondisi yang kompleks. Sementara itu, upaya di bidang standarisasi fokus pada penyatuan antarmuka komunikasi dan protokol untuk meningkatkan interoperabilitas lintas vendor.

Dalam konteks ini, teknologi UAV—yang menawarkan manuver yang fleksibel, sudut pandang yang beragam, dan sensor tanpa kontak—menyajikan jalur inovatif untuk meningkatkan kontrol berurutan. Selama operasi berurutan, UAV dapat melakukan pemantauan dinamis real-time status peralatan menggunakan pencitraan multispektral, termografi inframerah, dan teknik canggih lainnya, memungkinkan pengambilan parameter yang tepat dan deteksi anomali yang cepat. Umpan balik real-time ini secara efektif mendukung pengambilan keputusan yang lebih cerdas dalam sistem kontrol berurutan, meningkatkan kecerdasan dan keandalan operasi jaringan listrik.

2. Penerapan Teknologi UAV dalam Kontrol Berurutan Gardu Induk
2.1 Membangun Model Realistik 3D Gardu Induk Menggunakan Teknologi UAV
Integrasi teknologi UAV untuk membangun digital twin 3D tinggi-fidelitas gardu induk merupakan kemajuan yang sangat inovatif dan praktis dalam kontrol berurutan. Dilengkapi dengan kamera survei berpresisi tinggi, UAV dapat melakukan survei udara yang komprehensif dari berbagai ketinggian dan sudut, menangkap baik tata letak keseluruhan maupun detail halus peralatan kritis. Ini menghasilkan dataset gambar resolusi tinggi yang penting untuk pemodelan 3D yang akurat. Untuk memastikan konsistensi data dan akurasi geometris, misi penerbangan harus ketat mengikuti parameter operasional UAV yang ditentukan, seperti yang diterangkan dalam Tabel 1.

Dari parameter-parameter tersebut, ketinggian terbang ditetapkan pada 120 m—ketinggian yang memastikan UAV menangkap gambaran yang mencakup seluruh substation sambil tetap menjaga kejelasan detail yang cukup. Kecepatan terbang dikontrol antara 2–5 m/s untuk menjaga stabilitas UAV selama penerbangan dan mencegah blur gerakan yang disebabkan oleh kecepatan berlebihan. Interval paparan ditetapkan pada 2–3 detik, memungkinkan kecerahan gambar yang konsisten dan kualitas yang dapat diandalkan dalam kondisi pencahayaan yang bervariasi.

Overlap maju sebesar 85% dan overlap samping 75% menjamin area tumpang tindih yang cukup antara gambar-gambar berdampingan, memberikan redundansi yang diperlukan untuk penyatuan gambar dan pemodelan 3D selanjutnya. Panjang fokus lensa kamera berkisar antara 35 hingga 50 mm, dipasangkan dengan sensor resolusi tinggi 6,048 × 4,032 piksel, efektif menangkap detail halus dari berbagai peralatan substation. Selain itu, jarak sampling tanah (GSD) 1,5 cm/pixel memastikan setiap piksel sesuai dengan tepat dengan dimensi dunia nyata di tanah, meningkatkan secara signifikan akurasi spasial.

Dengan ketat mengikuti parameter penerbangan ini, UAV mengambil gambaran berkualitas tinggi yang—setelah diproses melalui perangkat lunak fotogrametri profesional yang melibatkan penyatuan, fusional, dan rekonstruksi 3D—menghasilkan model digital 3D yang sangat realistis dan detail dari substation. Model ini menyediakan informasi referensi spasial yang intuitif dan akurat untuk operasi kontrol berurutan, memungkinkan operator untuk dengan jelas memahami tata letak dan status peralatan, sehingga menetapkan dasar yang kuat untuk eksekusi presisi dari urutan switching otomatis.

2.2 Implementasi “Konfirmasi Ganda” untuk Posisi Disconnector di Substation
Perangkat “konfirmasi ganda” untuk disconnector berfungsi sebagai komponen kritis untuk memverifikasi posisi switch. Perangkat ini menggunakan sensor yang dipasang langsung pada mekanisme operasi utama untuk memantau status aktual disconnector. Sistem ini memiliki dua micro-switch: micro-switch kedua terhubung langsung ke sensor dan bertanggung jawab untuk menangkap posisi fisik sebenarnya dari pisau disconnector. Sinyal yang dikumpulkan ditransmisikan melalui sensor ke penerima sinyal, yang kemudian meneruskan data ke sistem pengukuran dan kendali substation. Mekanisme transmisi loop tertutup ini memungkinkan deteksi posisi disconnector secara real-time dan berkekuatan tinggi, menawarkan validasi posisi yang andal untuk operasi kontrol berurutan.

Sebagai pusat utama, unit pengukuran dan kendali substation menerima sinyal dari kedua micro-switch pertama (umpan balik mekanikal) dan sinyal yang diproses dari micro-switch kedua (umpan balik berbasis sensor). Setelah mengintegrasikan dan memvalidasi kedua input ganda ini, unit mengirim data status yang terkonsolidasi ke host kontrol berurutan. Secara bersamaan, host anti-misoperation melakukan pengecekan silang atas semua perintah operasi yang dikeluarkan oleh host kontrol berurutan. Hanya setelah lulus verifikasi anti-kesalahan ini, operasi berurutan dapat dilanjutkan.

Mekanisme “konfirmasi ganda” ini secara teknis menghilangkan risiko yang terkait dengan kegagalan sinyal titik tunggal atau kesalahan penilaian, secara drastis meningkatkan keandalan deteksi posisi disconnector. Dalam skenario dunia nyata—baik selama operasi switching rutin maupun respons darurat—disconnector konfirmasi ganda memastikan operator selalu menerima informasi posisi yang akurat, secara efektif mencegah misoperasi dan memperkuat keamanan dan stabilitas sistem kontrol berurutan.

2.3 Aplikasi Praktis
Dalam proyek ekspansi di sebuah substation 110 kV, integrasi peralatan baru ke dalam sistem kontrol berurutan yang ada menimbulkan tantangan signifikan—tantangan yang berhasil diatasi melalui teknologi UAV. Operator mengerahkan UAV dengan mengikuti parameter penerbangan yang ketat: ketinggian terbang 120 m memastikan cakupan komprehensif substation sambil mempertahankan detail peralatan; kecepatan terbang 2–5 m/s menjaga stabilitas platform untuk gambaran yang tajam; dan interval paparan 2–3 detik menyesuaikan diri dengan kondisi pencahayaan yang berubah-ubah untuk memastikan foto-foto berkualitas tinggi. Dengan overlap maju 85% dan overlap samping 75%, dataset ini memberikan redundansi yang cukup untuk pemrosesan fotogrametri yang kuat.

Menggunakan teknik fotogrametri dan pemodelan 3D canggih, gambaran UAV resolusi tinggi diubah menjadi model digital 3D yang akurat dari substation. Model spasial imersif ini memungkinkan tim operasi menganalisis secara presisi hubungan spasial antara peralatan warisan dan peralatan yang baru dipasang. Selama simulasi prosedur kontrol berurutan, operator menggunakan model untuk merencanakan jalur operasional optimal dan mengidentifikasi perangkat target dengan koordinat geospasial yang tepat—mengurangi secara dramatis waktu komisioning untuk integrasi peralatan baru.

Dalam praktiknya, pendekatan ini memungkinkan tim proyek menyelesaikan integrasi dan komisioning sistem kontrol berurutan tiga hari lebih cepat dari jadwal. Ini tidak hanya mempersingkat timeline proyek secara keseluruhan, tetapi juga mempercepat transisi substation menuju operasi cerdas, menetapkan dasar yang solid untuk kinerja jangka panjang yang aman dan andal.

Dalam skenario operasi dan pemeliharaan kontrol berurutan harian substation 110 kV ini, mekanisme “konfirmasi ganda” disconnector berfungsi sebagai penjaga inti untuk keamanan dan efisiensi operasional, sementara teknologi UAV memberikan dukungan bantu yang kuat. Mengambil contoh operasi kontrol berurutan darurat di malam hari: setelah operator mengeluarkan perintah pembukaan disconnector dari host kontrol berurutan, perangkat “konfirmasi ganda” segera mengaktifkan mekanisme transmisi dan verifikasi sinyal yang tepat. Dua micro-switch di dalam perangkat mentransmisikan sinyal posisi pisau disconnector secara real-time ke unit pengukuran dan kendali substation. Unit ini mengintegrasikan dan memproses awal sinyal sebelum meneruskannya ke host kontrol berurutan. Secara bersamaan, host anti-misoperation melakukan verifikasi logika atas perintah operasi; hanya setelah host anti-misoperation mengonfirmasi perintah tersebut sebagai valid, operasi pembukaan dapat dieksekusi.

Selama proses ini, UAV juga memainkan peran penting. Dengan memanfaatkan kemampuan terbang yang gesit, UAV melakukan pemantauan real-time dan all-around terhadap peralatan substation—terutama fokus pada area disconnector. Sementara perangkat “konfirmasi ganda” sedang beroperasi, UAV mentransmisikan umpan video langsung dari lokasi ke ruang kontrol, memberikan operator referensi visual tambahan untuk lebih memastikan keakuratan operasional.

Dibandingkan dengan verifikasi manual tradisional di lokasi, pendekatan terintegrasi ini mengurangi waktu operasi dari semula 10 menit menjadi hanya 3 menit, meningkatkan efisiensi secara signifikan. Lebih penting lagi, hal ini secara efektif menghilangkan risiko kesalahan penilaian yang disebabkan oleh pencahayaan yang buruk dan kelelahan operator selama pemeriksaan manual di malam hari.

3.Kesimpulan
Teknologi UAV telah membawa terobosan inovatif dalam operasi kontrol berurutan stasiun. Dengan membangun model realistis 3D, teknologi ini secara efektif meningkatkan efisiensi integrasi peralatan baru ke dalam sistem kontrol berurutan dan mempercepat implementasi proyek. Ketika bekerja bersinergi dengan perangkat “konfirmasi ganda” pemutus sirkuit, UAV secara signifikan meningkatkan keamanan dan presisi operasi peralatan. Seiring evolusi teknologi UAV dan integrasinya yang lebih mendalam dengan sistem kontrol berurutan, teknologi ini memiliki potensi untuk lebih jauh mengatasi tantangan seperti adaptabilitas dalam kondisi operasional kompleks dan interoperabilitas peralatan, terus mendorong operasi stasiun menuju kecerdasan dan keandalan yang lebih besar, serta memberikan dukungan teknis yang kuat untuk operasi sistem tenaga listrik yang stabil dan efisien.